WO2020261374A1 - 光コネクタおよび光接続構造 - Google Patents

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WO2020261374A1
WO2020261374A1 PCT/JP2019/025123 JP2019025123W WO2020261374A1 WO 2020261374 A1 WO2020261374 A1 WO 2020261374A1 JP 2019025123 W JP2019025123 W JP 2019025123W WO 2020261374 A1 WO2020261374 A1 WO 2020261374A1
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optical connector
magnet
fiber
optical
connection structure
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PCT/JP2019/025123
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佐藤　昇男
重松　智志
裕士 石川
光太 鹿間
荒武　淳
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日本電信電話株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical connector and an optical connection structure, and more particularly to an optical connector and an optical connection structure used for connecting fibers that allow light to pass through and connecting a fiber and an optical element.
  • a connector has been used to connect a fiber that allows light to pass through.
  • the connector has a volume of about 1 cubic cm, which is extremely large compared to the diameter of a covered fiber of 250 um.
  • an optical connection structure 900 for connecting fibers 901a and 901b having cores 902a and 902b through which light is guided as shown in FIG. 15, one end of the fibers 901a and 901b is inserted into the capillaries 903a and 903b, respectively.
  • the sleeves 904 align the centers of the two fibers 901a and 901b with each other. Therefore, a member other than the fibers 901a and 901b is required for connecting the fibers 901a and 901b, and the size of the connection structure is large (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • connection structure 1000 called "CAN package” shown in FIG. 16 includes a pigtail 1004 composed of a fiber 901, a capillary 902, and a ferrule 1003, a cap 1006 to which a lens 1005 is fixed, and a base to which a chip 1007 is fixed. It consists of 1008.
  • a light receiving element is formed on the chip 1007.
  • connection structure 1000 it is necessary to align (align) the pigtail 1004, the cap 1006, and the base 1008 so that the light emitted from the end face of the fiber 901 has a beam shape 1009. Is.
  • "active alignment” is performed in which light is passed through the fiber 901 and the three bodies are aligned while detecting the light intensity of the chip 1007. After alignment, the above-mentioned member is fixed by welding in that state (see Non-Patent Document 2).
  • the size of the final connector is larger than that of the fiber itself.
  • an optical connection structure including a lens, a light receiving element, a light emitting element, and the like in addition to the fiber, active alignment is required, and the structure and process for that purpose are complicated.
  • the optical connector (100a) comprises a fiber (101a) having a core (102a) through which light is guided and a magnet (103a) attached to one end of the fiber.
  • the magnet has an opening (104a) that exposes at least the end face of the core.
  • the optical connection structure (100) includes a first optical connector and a second optical connector, and the first optical connector and the second optical connector are the above-mentioned optical connectors, respectively.
  • the magnet of the first optical connector and the magnet of the second optical connector are magnetized so as to exert attractive forces on each other, and the first optical connector and the second optical connector are attracted by magnetic force.
  • the core of the first optical connector and the core of the second optical connector are connected through the opening of the magnet of the first optical connector and the opening of the magnet of the second optical connector. Connect optically.
  • the optical connection structure (700) includes a first optical connector (100a) and a second optical connector (700b), and the first optical connector is the above-mentioned optical connector.
  • the second optical connector includes an optical element (701) and a magnet (703b) attached to the optical element, and the magnet of the second optical connector exposes at least a part of the optical element.
  • the magnet (a) of the first optical connector and the magnet (703b) of the second optical connector are magnetized so as to exert attractive forces on each other, and the first optical connector is subjected to magnetic force.
  • the present invention it is possible to provide a smaller optical connector and optical connection structure used for connecting fibers and connecting a fiber and an optical element. Further, according to the present invention, active alignment is not required and passive alignment can be enabled.
  • FIG. 1A is a perspective view showing a configuration of an optical connector according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a perspective view showing the configuration of an optical connection structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1C is a diagram showing an example of a magnet used in the optical connection structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a diagram showing a modified example of the magnet used in the optical connection structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a diagram showing a modified example of the magnet used in the optical connection structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2C is a diagram showing a modified example of the magnet used in the optical connection structure according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining an example of an optical fiber.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a modified example of the optical connector according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a modified example of the optical connector according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an optical connector according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a perspective view showing a configuration of an optical connector according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a diagram showing a configuration of an optical connection structure according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an optical connection structure according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a modified example of the optical connection structure according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a modified example of the optical connection structure according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A is a diagram showing a configuration of an optical connector according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10B is a diagram showing a configuration of an optical connection structure according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10C is a diagram illustrating an optical connection structure according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A is a diagram showing a configuration of an optical connection structure according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11B is a diagram showing an example of an optical element used in the optical connection structure according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11C is a diagram illustrating an optical connection structure according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12A is a diagram showing another example of the optical element used in the optical connection structure according to the modified example of the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating an optical connection structure according to a modified example of the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A is a diagram showing a configuration of an optical connection structure according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 13B is a diagram illustrating an optical connection structure according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 14A is a diagram showing a configuration of an optical connection structure according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14B is a diagram illustrating an optical connection structure according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of a conventional optical connection structure.
  • FIG. 16 is a diagram showing another example of the conventional optical connection structure.
  • FIG. 1A shows the configuration of the optical connector 100a according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical connector 100a according to the present embodiment is composed of a fiber 101a having a core 102a through which light is guided, and a magnet 103a attached to one end of the fiber 101a.
  • the magnet 103a is formed in a hollow cylindrical shape and has a hole for inserting one end of the fiber 101a. The end face of the core 102a of the fiber 101a inserted into the hole of the magnet 103a is exposed from the opening 104a of the magnet 103a.
  • the outer shape of the magnet 103a having a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the fiber 101a is circular like the outer shape of the core 102a having a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the fiber 101a.
  • the outer diameter of the fiber 101a is 125 um
  • the diameter of the core 102a is 9 um
  • the outer diameter of the magnet 103a is 300 um
  • the inner diameter is 125 um
  • the thickness that is, the length along the longitudinal direction of the fiber 101a
  • the end face of the fiber 101a and the end face of the magnet 103a having the opening 104a are aligned and flush with each other.
  • One end of the fiber 101a is fitted into a hole formed in the magnet 103a and mechanically fixed. If the mechanical strength is insufficient, an adhesive may be formed thinly with a thickness of 1 um or less and fixed between the fiber 101a and the magnet 103a.
  • FIG. 1B shows an optical connection structure 100 in which two of these optical connectors are connected.
  • FIG. 1C shows magnets 103a and 103b included in the optical connection structure 100.
  • the dotted line with an arrow indicates a magnetic field line from the north pole to the south pole.
  • the magnets 103a and 103b are both magnetized so as to be polarized in the direction along the axis of the hollow cylinder.
  • the surfaces of the magnets 103a and 103b between the north and south poles are perpendicular to the longitudinal direction of the fibers 101a and 101b, respectively.
  • the directions of polarization of the north pole and the south pole of the magnets 103a and 103b are opposite to each other, and the magnet 103a has the north pole on the fiber end face side and the back surface thereof.
  • One S pole is formed on each side, and the magnet 103b is formed with one S pole on the fiber end face side and one N pole on the back surface side thereof.
  • the magnet 103a of the optical connector 100a and the magnet 103b of the optical connector 100b have opposite polarization directions of the S pole and the N pole when viewed from the fiber end face, the magnet 103a and the magnet 103b are combined with the fiber 101a.
  • the north and south poles of the surfaces facing each other are attracted to each other, and the magnet 103a and the magnet 103b spontaneously stick to each other due to the attractive force of the magnetic force and are mechanically connected.
  • the magnet 103a and the magnet 103b are attached to each other, the relative positions of the magnet 103a and the magnet 103b in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the fibers 101a and 101b are uniquely determined.
  • the core 102a of the fiber 101a and the core 102b of the fiber 101b are aligned.
  • the core portion may be deformed by physical contact to make an optical connection.
  • E and ⁇ are the elastic modulus and Poisson's ratio of the glass, respectively, a is the contact radius, and R is the radius of curvature of the convex spherical surface.
  • K is the correction coefficient
  • B is the magnetic flux density
  • S is the area
  • ⁇ 0 is the magnetic permeability of the vacuum.
  • the optical connector and optical connection structure according to this embodiment are simple and compact consisting of only fibers 101a and 101b and magnets 103a and 103b. Since it has a structure and passive alignment is performed by the attractive force between the magnets 103a and 103b, the alignment process is also simplified.
  • FIGS. 2A to 2C show some modified examples of magnetizing magnets 103a and 103b.
  • the two magnets 103aa and 103ab shown in FIG. 2A are examples in which they are formed in a hollow cylindrical shape and magnetized in the radial direction away from the axis of the hollow cylindrical shape.
  • the dotted line with an arrow indicates the magnetic field line from the north pole to the south pole.
  • the magnets 103aa and 103ab are polarized in the radial direction, and the surface between the north pole and the south pole has a cylindrical shape surrounding the hollow cylindrical axis.
  • FIG. 1 The two magnets 103aa and 103ab shown in FIG.
  • the magnet 103aa is magnetized so that its inner peripheral surface side has an S pole and its outer peripheral surface side has an N pole, whereas the magnet 103ab has its inner peripheral surface side having an N pole and an outer peripheral surface. It is magnetized so that the side becomes the south pole.
  • FIG. 2B shows an example in which two magnets 103ba and 103bb formed in a hollow cylindrical shape are divided into regions divided by a plane including a hollow cylindrical shaft and polarized.
  • the magnet has only one fixing direction with respect to the fiber end face, and the magnets 103ba and 103bb need only have one magnetizing direction, so that the directions of the fiber and the magnet are one. , Magnets 103ba, 103bb are easy to make and fiber is easy to handle.
  • the alignment in the circumferential direction around the axis of the fiber is also possible. Therefore, in addition to the normal single-core fiber, a multi-core fiber or a diagram is shown. It is also significant for the fiber 201 whose core pattern is not axisymmetric, such as the polarization-holding fiber shown in 3. That is, the magnets 103ba and 103bb are aligned with the surface that divides the north and south poles in a specific direction of the core 202 in the fiber, specifically, the direction of connecting the stress applying material 203 of the polarization holding fiber 201. If it is connected to, the alignment between the polarization-retaining fibers 201 can be easily performed.
  • the magnetized portions of the magnets 103ba and 103bb shown in FIG. 2B are further divided.
  • the two magnets 103ca and 103cc formed in the shape of a hollow cylinder are divided into four around the axis of the axis of the hollow cylinder, and each of the divided regions has an north pole and a circumferential direction.
  • the S poles are magnetized so that they are staggered. Therefore, the example shown in FIG. 2C is effective when the core arrangement of the fiber is symmetric four times with respect to the rotation direction of the hollow cylindrical shaft.
  • the magnetized portion may be divided into N parts.
  • the excitation region is divided around the axis of the fiber, and unlike the examples shown in FIGS. 1C and 2A, the shape of the portion magnetized to the north or south pole (magnetization pattern).
  • the degree of freedom around the central axis that rotates the fiber is controlled, and in addition to the alignment at the fiber central axis, the peripheral structure off the fiber center (other cores of the multi-core fiber) Alignment corresponding to the arrangement of the stress-imparting material of the polarization-retaining fiber) is also possible.
  • FIG. 1A only one end of the fiber 101a connected to the magnet 103a is shown, and the other end of the fiber 101a is omitted.
  • magnets are provided at both ends of one fiber, and each of them is shown in FIG. 1A. Needless to say, the structure may be as shown.
  • each of the magnets 103ba and 103bb has one north pole and one south pole, and these are arranged in the vertical direction, but two north poles and two south poles are provided. Needless to say, the number of magnets may be three, and the magnets may be arranged in the same direction.
  • the outer circumference of the fiber 101a may be covered with the covering material 105a.
  • the covering material 105a for convenience of notation, a part of the fiber 101a is drawn so as to be exposed in the optical connector 100a', but from the viewpoint of reliability, it is preferable that the fiber 101a is not exposed. Not to mention.
  • the magnet 103a may include a slit SL as shown in FIG.
  • the inner diameter of the magnet 103a can be adjusted with respect to the outer diameter of the fiber 101a depending on the extent of the slit SL. Therefore, when the magnet 103a" is attached to the end of the fiber 101a, the inner diameter of the magnet and the fiber It is possible to eliminate the gap of the outer diameter.
  • FIGS. 2B and 2C if a magnet having the north and south pole regions arranged around the axis of the fiber is used, a slit should be provided at the boundary between the south and north poles. Good.
  • the magnet 103a is fixed to the outside of the fiber 101a, but in the optical connector according to the present embodiment, the magnet 203a is arranged on the end face of the fiber 101a as shown in FIG. ing.
  • the magnet 203a is formed in a disk shape, and an opening 204a for exposing the end face of the core 102a is formed in the central portion thereof.
  • the fiber 101a is provided so that the center of the shape of the magnet 203a, that is, the center of the opening 204a and the center of the core 102a coincide with each other.
  • a magnet 203a is arranged on the end face.
  • the magnet 203a is polarized in the direction along the axis of the fiber, and the north pole and the south pole are formed.
  • the intermediate plane may be perpendicular to the longitudinal direction of the fiber.
  • the central portion that is, the periphery of the opening 204a
  • the outer edge portion of the magnet 203a are magnetized so that the directions of polarization along the axis of the fiber 101a are opposite to each other. Good. Further, following the examples shown in FIGS.
  • one or more pairs of N poles and S poles are arranged around the axis of the fiber in a state where the magnets 203a are arranged on the end faces of the fiber 101a. In addition, it may be magnetized in the circumferential direction.
  • the magnet 203a may be made by attaching a finely processed small magnet to the end face of the fiber 101a, or by depositing and forming a magnet material on the end face of the fiber 101a by sputtering or the like and then magnetizing the magnet 203a. Further, although not shown in the figure, the magnet material may be deposited and formed on the side surface of the fiber instead of the end surface in a cylindrical shape. By doing so, a smaller structure can be obtained.
  • the roundness, outer diameter, and inner diameter of the circular magnet are important, but they can be processed and formed into a long tubular shape, and finally cut in the magnet thickness direction with a wire saw or the like. It goes without saying that a large number of magnets having processing errors can be collectively formed, and the processing errors can be offset by using them facing each other.
  • FIGS. 7A and 7B the optical connector and the optical connection structure according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.
  • the optical connector 100a according to the first embodiment described above has been described as being configured so that the end face of the fiber 101a and the end face of the magnet 103a are flush with each other.
  • the optical connector 300a according to the present embodiment has been described. Then, as shown in FIG. 7A, the end face EFa of the fiber 101a protrudes from the end face having the opening 104a of the magnet 103a.
  • the end face EFa of the fiber 101a protrudes from the end face of the magnet 103a by about 5 um.
  • the two optical connectors 300a and 300b are connected by the magnetic force of the magnets 103a and 103b. Since the end faces EFa and EFb of the fibers 101a and 101b protrude from the end faces of the magnets 103a and 103b, the cores 102a and 102b of the fiber end faces are abutted against each other by the attractive force of the magnet, so that the surfaces of the magnets 103a and 103b are microscopic. Even if there is unevenness, the insertion loss of light passing through the cores 102a and 102b can be reduced.
  • FIGS. 8 and 9 the optical connector and the optical connection structure according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
  • a convex portion 405a and a concave portion 406a are provided on the end surface of the magnet 403a.
  • a convex portion 405b and a concave portion 406b are provided on the end surface of the magnet 403b.
  • the convex portions 405a and 405b and the concave portions 406a and 406b are formed in a hemispherical shape, but the shape may be a cylinder or other columnar shape, or may be a cylindrical shape or the like. Good.
  • FIG. 9 shows a modified example of the fourth embodiment.
  • a recess 407a is formed on the end face of the magnet 403a constituting one of the optical connectors 400a'.
  • the end face of the fiber 101a is exposed from the opening 404a at the bottom of the recess 407a.
  • the recess 407a of the magnet 403a is shaped so that the magnet 103b constituting the other optical connector 100b is fitted. Even if the magnet 103b of the other optical connector 100b is fitted to the magnet 403a of the one optical connector 400a'in this way, even when a lateral force that shifts the magnets within their connecting surfaces is applied. The connection between cores can be maintained.
  • the optical connection structure according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10A to 10C.
  • the magnet 103a is arranged on the outer periphery of the fiber 101a.
  • the end face of the fiber 101a is located inside the end face having the opening 104a of the magnet 103a attached to one end of the fiber 101a.
  • the end face of the fiber 101a is arranged at a position recessed 20 um from the end face having the opening 104a of the magnet 103a.
  • the optical element 504 is arranged in this space. By arranging the optical element in the space formed by the magnet 103a and the fiber 101a in this way, optical control can be performed.
  • the optical element 504 is, for example, a lens.
  • an optical connection structure including an optical element 504 is effective.
  • the lens 504 is attached to the end face of the fiber 101a.
  • the lens 504 is automatically aligned with the core 102a. If necessary, the lens 504 may be fixed to the end face of the fiber 101a with an adhesive or the like.
  • the light 505 emitted from the core 102a by the lens 504 can be expanded in beam diameter by the lens 504 to have a diameter suitable for the core 502b.
  • the magnets 103a and 103b are omitted.
  • the optical element 504 can be passively aligned in a small volume in addition to the fibers.
  • the optical connection structure according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11A to 11C.
  • the optical element 604 is formed in the space formed by the magnets 103a and 103b and the fibers 101a and 101b, similarly to the optical connection structure 500 according to the fifth embodiment described above. Is placed.
  • the end face of the fiber 101a is located inside by 75 um from the end face of the magnet 103a.
  • the end face of the fiber 101b is located inside by 75 um from the end face.
  • FIG. 11B shows the configuration of the optical element 604.
  • the optical element 604 includes a Faraday rotator 604c including a garnet and lenses 604a and 604b provided at both ends thereof.
  • the light emitted from the core 102a is as shown in the cross-sectional view of FIG. 11C by the lens 604a.
  • the collimated light 605 having a beam shape can be obtained. After passing through the Faraday rotator 604c, the collimated light 605 is focused by another lens 604b and incident on the core 102b.
  • the polarization of light is rotated in the Faraday rotator 604c by the magneto-optical effect (Faraday effect). ..
  • the length of the Faraday rotator 604c is 110 um, but it may be set to a desired length according to the amount of polarization rotation. Further, by adding a polarization filter separately, it can function as an isolator.
  • a magnetic field can be arranged in which a magnetic field is applied perpendicularly to the traveling direction of light. It is also possible to separate light rays according to the polarization.
  • the optical element 604' has the same configuration as the above-mentioned optical element 604, but the optical element corresponding to the Faraday rotator 604c is a portion made of a material having a magneto-optical effect such as garnet. It is composed of 604ca and a portion 604cc made of a material having no magneto-optical effect.
  • the beam shape as shown in FIG. 12B can be obtained. That is, the light emitted from the core 102b becomes collimated light 605b at the portion 604cc made of a material having no magneto-optical effect, and is incident on the portion 604ca made of a material having a magneto-optical effect.
  • the magnets 103a and 103b formed in the hollow cylindrical shape are polarized by being divided into regions divided by a plane including the axis of the hollow cylindrical shape, as shown in FIG. 2B, the magnets 103a, Since the magnetic field formed by 103b is arranged perpendicular to the traveling direction of light, the magneto-optical effect (cotton mouton effect) induces anisotropy in the refractive index at the portion 604 bb made of a material having a magneto-optical effect.
  • the angle at the interface between the portion 604 bc made of a material having no magneto-optical effect and the portion 604 ca made of a material having a magneto-optical effect changes according to the polarization plane of light.
  • the traveling direction of light changes depending on whether the plane of polarization is parallel or perpendicular to the direction of the magnetic field, and the light 605a-1 and the light 605a-2, which have different planes of polarization, travel separately.
  • the light 605a-1 is incident on the core 102a again, while the light 605a-2 is not incident on the core and becomes diffused light. In this way, it is possible to separate the light rays according to the polarization.
  • the optical elements can be compactly passively aligned, and the polarization state of the light passing through the fibers can be controlled by using the magneto-optical effect.
  • FIGS. 13A and 13B a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13A and 13B.
  • the first to sixth embodiments described above relate to an optical connection structure when connecting fibers to each other, the present invention can also be applied to connecting fibers to chips and the like.
  • the optical connection structure according to the seventh embodiment of the present invention includes a first optical connector 100a and a second optical connector 700b.
  • a magnet 103a is attached to one end of the fiber 101a, similarly to the optical connector 100a used in the first embodiment.
  • the second optical connector 700b includes an optical element 701 and a magnet 703b attached to the optical element 701, and an opening 704b is formed in the magnet 703b to expose a part of the optical element 701. There is.
  • the magnet 103a of the first optical connector 100a and the magnet 703b of the second optical connector 700b are magnetized so as to exert attractive forces on each other.
  • a specific mode of magnetizing for example, those shown in FIGS. 1C and 2A to 2C can be adopted.
  • the opening 104a of the magnet 103a of the first optical connector 100a and the second light can be optically connected through the opening 704b of the magnet 703b of the connector 700b.
  • the optical element 701 is, for example, a chip 701 provided with a light receiving element. As shown in FIG. 13A, a light receiving surface 702 and an electric terminal (not shown) are formed on the lower surface of the chip 701.
  • the chip 701 is bare-chip mounted on a printed circuit board or the like using surface mounting technology.
  • the magnet 703b is arranged with respect to the light receiving surface 702 and fixed to the chip 701.
  • the fibers 101a having the magnet 103a are brought close to each other, they are automatically aligned by the attractive force of the magnet.
  • the light emitted from the core 102a of the fiber 101a spreads like the beam shape 705 and reaches the light receiving surface 702.
  • the distance between the fiber end face and the light receiving surface is adjusted by making the magnet 703 thinner or by projecting the fiber 101a from the magnet 103a and fixing it according to the size of the light receiving surface 702. It goes without saying that sensitivity can be obtained.
  • the optical connection structure according to the present embodiment not only can the fiber and the chip be connected in a compact and passive manner, but also the distance between the fiber end face and the chip light receiving surface can be shortened by reducing the size, so that the optics of a lens or the like can be used. There is an excellent effect that the optical connection can be made directly without inserting an element.
  • the optical connection structure according to the eighth embodiment includes a first optical connector 100a and a second optical connector 800b using a magnet as a part of a conventional CAN package.
  • the chip 806 is fixed to the inner center of the package 805 on the second optical connector 800b side.
  • the chip 806 is, for example, a light receiving element.
  • a cap 804 is welded to the package 805. Further, a lens 801 and a magnet 803b are fixed to the cap 804. The lens 801 and the magnet 803b are arranged on the same axis.
  • FIG. 14B is an enlarged view of a part of the optical connection structure 800 shown in FIG. 14A.
  • the magnet 103a and the magnet 803b have the same size, and for example, as described in the first embodiment, they are appropriately magnetized so that an attractive force acts. Therefore, when the optical connector 100a having the magnet 103a is brought close to each other, the magnet 103a and the magnet 803b are attracted to each other and are automatically aligned. At that time, the light 807 emitted from the fiber 101 is collimated by the lens 801 and reaches the chip 806.
  • the light receiving element is shown as an example of the optical element, but it goes without saying that the optical connection structure according to the present invention can be applied even when the light emitting element, the lens mirror, or the like is used as the optical element.
  • the optical connection between the bare chip or the package and the fiber is shown, it goes without saying that the connection to the form such as a module can be performed in the same manner.
  • 100 ... Optical connection structure 100a, 100b ... Optical connector, 101a, 101b ... Fiber, 102a, 102b ... Core, 103a, 103b ... Magnet, 104a, 104b ... Aperture, 504, 604 ... Optical element, 701 ... Chip, 805 ... package.

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Abstract

光コネクタ（１００ａ）は、光が導波するコア（１０２ａ）を有するファイバ（１０１ａと、前記ファイバの一端に取り付けられた磁石（１０３ａ）とを有し、前記磁石は、少なくとも前記コアの端面を露出させる開口（１０４ａ）を有する。ファイバ同士の接続やファイバと光学素子との接続に用いられるより小さな光コネクタおよび光接続構造を提供することができる。また、本発明によれば、アクティブアライメントを不要としパッシブなアライメントを可能とすることができる。

Description

光コネクタおよび光接続構造
　本発明は、光コネクタおよび光接続構造に関し、特に、光を通すファイバ同士の接続やファイバと光学素子との接続に用いられる光コネクタおよび光接続構造に関する。
　光を通すファイバの接続には、コネクタが使われてきた。一般に、コネクタは、１立方ｃｍ程度の体積があり、被覆つきのファイバの径２５０ｕｍに比べると極めて大きい。例えば、図１５に示すような、それぞれ光が導波するコア９０２ａ、９０２ｂを有するファイバ９０１ａ、９０１ｂを接続する光接続構造９００においては、ファイバ９０１ａ、９０１ｂの一端部をそれぞれキャピラリ９０３ａ、９０３ｂに入れ、スリーブ９０４によって、二つのファイバ９０１ａ、９０１ｂの中心を互いに位置合わせをしている。このため、ファイバ９０１ａ、９０１ｂの接続にファイバ９０１ａ、９０１ｂ以外の部材が必要となる上、接続構造のサイズが大きくなっていた（例えば、非特許文献１参照。）。
　また、図１６に示す、「ＣＡＮパッケージ」と呼ばれる接続構造１０００は、ファイバ９０１とキャピラリ９０２とフェルール１００３とからなるピグテール１００４と、レンズ１００５が固定されたキャップ１００６と、チップ１００７が固定された台１００８とからなる。ここでチップ１００７には、たとえば受光素子が形成されている。
　このような接続構造１０００では、ピグテール１００４、キャップ１００６、および台１００８の三つをアライメント（調心）して、ファイバ９０１の端面から出射される光がビーム形状１００９となるようにすることが必要である。このとき、ファイバ９０１に光を通し、チップ１００７での光強度を検出しながら、三体のアライメントを行う「アクティブアライメント」を実施する。アライメントされたらその状態で上述した部材を溶接により固定する（非特許文献２参照。）。
海津 勝美、「光実装用光コネクタの技術動向」、エレクトロニクス実装学会誌、 vol.7 No.3, pp. 208-212, 2004 K. Masuko 他、"A Low Cost PON Transceiver using Single TO-CAN Type micro-BOSA", Electronic Components and Technology Conference, pp. 1082-1086, 2006.
　上述したように、ファイバを用いた接続においては、ファイバ自体に比べて最終的なコネクタのサイズが大きくなっている。また、ファイバに加えてレンズ、受光素子および発光素子などを含む光接続構造においては、アクティブアライメントが必要となり、そのための構造や工程が複雑になっている。
　そこで、本発明は、ファイバ同士の接続やファイバと光学素子との接続に用いられるより小さな光コネクタおよび光接続構造を提供することを目的とする。また、本発明は、アクティブアライメントが不要でパッシブなアライメントを可能とする光コネクタおよび光接続構造を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明に係る光コネクタ（１００ａ）は、光が導波するコア（１０２ａ）を有するファイバ（１０１ａと、前記ファイバの一端に取り付けられた磁石（１０３ａ）とを有し、前記磁石は、少なくとも前記コアの端面を露出させる開口（１０４ａ）を有する。
　また、本発明に係る光接続構造（１００）は、第１の光コネクタと、第２の光コネクタとからなり、前記第１の光コネクタおよび前記第２の光コネクタは、それぞれ上述した光コネクタであり、前記第１の光コネクタの磁石と前記第２の光コネクタの磁石とは、互いに引力を及ぼしあうように帯磁され、磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの磁石の開口と前記第２の光コネクタの磁石の開口とを通じて前記第１の光コネクタのコアと前記第２の光コネクタのコアとを光学的に接続する。
　また、本発明に係る光接続構造（７００）は、第１の光コネクタ（１００ａ）と、第２の光コネクタ（７００ｂ）とからなり、前記第１の光コネクタは、上述した光コネクタであり、前記第２の光コネクタは、光学素子（７０１）と、前記光学素子に取り付けられた磁石（７０３ｂ）とを備え、前記第２の光コネクタの磁石は、少なくとも前記光学素子の一部を露出させる開口（７０４ｂ）を有し、前記第１の光コネクタの磁石（ａ）と前記第２の光コネクタの磁石（７０３ｂ）とは、互いに引力を及ぼしあうように帯磁され、磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの磁石の開口と前記第２の光コネクタの磁石の開口とを通じて前記第１の光コネクタのコアと前記第２の光コネクタの光学素子とを光学的に接続する。
　本発明によれば、ファイバ同士の接続やファイバと光学素子との接続に用いられるより小さな光コネクタおよび光接続構造を提供することができる。また、本発明によれば、アクティブアライメントを不要としパッシブなアライメントを可能とすることができる。
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光コネクタの構成を示す斜視図である。 図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す斜視図である。 図１Ｃは、第１の実施の形態に係る光接続構造で用いる磁石の一例を示す図である。 図２Ａは、第１の実施の形態に係る光接続構造で用いる磁石の変形例を示す図である。 図２Ｂは、第１の実施の形態に係る光接続構造で用いる磁石の変形例を示す図である。 図２Ｃは、第１の実施の形態に係る光接続構造で用いる磁石の変形例を示す図である。 図３は、光ファイバの一例を説明するための断面図である。 図４は、第１の実施の形態に係る光コネクタの変形例を示す斜視図である。 図５は、第１の実施の形態に係る光コネクタの変形例を示す斜視図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係る光コネクタを示す斜視図である。 図７Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る光コネクタの構成を示す斜視図である。 図７Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。 図８は、本発明の第４の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。 図９は、本発明の第４の実施の形態に係る光接続構造の変形例を示す図である。 図１０Ａは、本発明の第５の実施の形態に係る光コネクタの構成を示す図である。 図１０Ｂは、本発明の第５の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。 図１０Ｃは、本発明の第５の実施の形態に係る光接続構造を説明する図である。 図１１Ａは、本発明の第６の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。 図１１Ｂは、本発明の第６の実施の形態に係る光接続構造で用いられる光学素子の一例を示す図である。 図１１Ｃは、本発明の第６の実施の形態に係る光接続構造を説明する図である。 図１２Ａは、本発明の第６の実施の形態の変形例に係る光接続構造で用いられる光学素子の他の例を示す図である。 図１２Ｂは、本発明の第６の実施の形態の変形例に係る光接続構造を説明する図である。 図１３Ａは、本発明の第７の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。 図１３Ｂは、本発明の第７の実施の形態に係る光接続構造を説明する図である。 図１４Ａは、本発明の第８の実施の形態に係る光接続構造の構成を示す図である。 図１４Ｂは、本発明の第８の実施の形態に係る光接続構造を説明する図である。 図１５は、従来の光接続構造の一例を示す図である。 図１６は、従来の光接続構造の他の例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
　［第１の実施の形態］
　図１Ａに、本発明の第１の実施の形態に係る光コネクタ１００ａの構成を示す。本実施の形態に係る光コネクタ１００ａは、光が導波するコア１０２ａを有するファイバ１０１ａと、このファイバ１０１ａの一端に取り付けられた磁石１０３ａとから構成されている。磁石１０３ａは、中空円筒形状に形成されて、ファイバ１０１ａの一端部を挿入する孔を備えている。磁石１０３ａの孔に挿入されたファイバ１０１ａのコア１０２ａの端面は、磁石１０３ａの開口１０４ａから露出する。
　本実施の形態に係る光コネクタ１００ａでは、磁石１０３ａの、ファイバ１０１ａの長手方向に垂直な断面の外形は、コア１０２ａの、ファイバ１０１ａの長手方向に垂直な断面の外形と同じく円形であり、両者は互いに相似している。例えば、ファイバ１０１ａの外径は１２５ｕｍで、コア１０２ａの直径は９ｕｍである。これに対し、磁石１０３ａの外径は３００ｕｍ、内径は１２５ｕｍ、厚さ（すなわち、ファイバ１０１ａの長手方向の沿った長さ）は１５０ｕｍである。
　ファイバ１０１ａの端面と、開口１０４ａを有する磁石１０３ａの端面とはそろっており、面一となっている。ファイバ１０１ａの一端部は磁石１０３ａに形成された孔に嵌合し機械的に固定されている。機械的強度が不足していれば、ファイバ１０１ａと磁石１０３ａとの間に接着剤を１ｕｍ厚以下で薄く形成して固定してもよい。
　図１Ｂに、この光コネクタを二つ接続した光接続構造１００を示す。また、図１Ｃに、この光接続構造１００に含まれる磁石１０３ａ、１０３ｂを示す。なお、図１Ｃにおいて、矢印つき点線は、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線を示している。
　本実施の形態においては、一例として、磁石１０３ａ、１０３ｂは、ともに、中空円筒形の軸に沿う方向に分極するように帯磁している。磁石１０３ａ、１０３ｂのＮ極とＳ極との中間となる面は、それぞれファイバ１０１ａ、１０１ｂの長手方向に垂直である。
　図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、磁石１０３ａ、１０３ｂの間で、そのＮ極とＳ極の分極の方向は互いに逆になっており、磁石１０３ａは、ファイバ端面側にＮ極が、その裏面側にＳ極がそれぞれ１つずつ形成され、磁石１０３ｂは、ファイバ端面側にＳ極が、その裏面側にＮ極がそれぞれ１つずつ形成されている。
　光コネクタ１００ａの磁石１０３ａと、光コネクタ１００ｂの磁石１０３ｂとは、ファイバ端面からみたときに、Ｓ極とＮ極の分極方向が互いに逆になっているので、磁石１０３ａと磁石１０３ｂとをファイバ１０１ａ、１０１ｂと平行な軸線に沿って配置すると、互いに対向する面のＮ極とＳ極とが引き合い、磁石１０３ａと磁石１０３ｂとが磁力による引力により自発的にくっつき、機械的に接続される。磁石１０３ａと磁石１０３ｂとがくっついた状態では、ファイバ１０１ａおよび１０１ｂの長手方向に垂直な方向における磁石１０３ａと磁石１０３ｂとの相対的な位置は一意に決まる。その結果、ファイバ１０１ａのコア１０２ａとファイバ１０１ｂのコア１０２ｂとの間のアライメントがなされる。
　この状態でファイバ１０１ａ、１０１ｂに光を通して使用する場合は、互いに接続する端面にマッチングオイルをあらかじめ塗布していくことで、良好な光学的接続が確保できる。
　また、ファイバ１０１ａ、１０１ｂの端面を凸球面上に研磨加工した上で、フィジカルコンタクトによりコア部分を変形させて光学的接続をしてもよい。フィジカルコンタクトに必要な力Ｆｐは、Ｆｐ＝（４ａ3Ｅ）　／　３Ｒ（１－ν2）と近似的にあらわされる。ここで、Ｅとνは、それぞれガラスの弾性率とポアソン比であり、ａは接触半径、Ｒは凸球面の曲率半径である。
　一方、磁気による引力Ｆｍは、Ｆｍ＝ＫＢ2Ｓ／２μ0と近似的に表される。ここで、Ｋは補正係数、Ｂは磁束密度、Ｓは面積、μ0は真空の透磁率である。ファイバのフィジカルコンタクトにおける一般的な値をいれるとＦｐは１ｍＮ程度であり、磁石１０３ａ、１０３ｂの形状で適切な磁性材料を選択すれば、磁束密度が０．０３Ｔ程度でＦｍを数ｍＮとできるので、フィジカルコンタクトも可能である。
　また、取り外しの必要がなければ、接着剤等で固定してから光を通して使用してもよい。従来では、比較的大きなコネクタ部材やアクティブアライメントの作業が必要であったが、本実施の形態に係る光コネクタおよび光接続構造は、ファイバ１０１ａ、１０１ｂと磁石１０３ａ、１０３ｂのみからなる簡易で小型な構造であり、磁石１０３ａ、１０３ｂ同士の引力によってパッシブにアライメントがなされるので、アライメントの工程も簡易となる。
　図２Ａ～図２Ｃに、磁石１０３ａ、１０３ｂの帯磁についていくつかの変形例を示す。
　図２Ａに示す二つの磁石１０３ａａ、１０３ａｂは、それぞれ中空円筒形状に形成されて、中空円筒形の軸から離れる径方向に帯磁させた例である。矢印つき点線は、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線を示している。磁石１０３ａａ、１０３ａｂにおいては、その径方向に分極して、Ｎ極とＳ極の中間となる面は、その中空円筒形の軸線を取り囲む円筒形状となる。図２Ａに示す例では、磁石１０３ａａは、その内周面側がＳ極、外周面側がＮ極となるように帯磁しているのに対し、磁石１０３ａｂは、その内周面側がＮ極、外周面側がＳ極となるように帯磁している。
　磁石１０３ａａと磁石１０３ａｂとを互いに対向して配置すると、磁石１０３ａaと磁石１０３aｂとの間でＮ極とＳ極の分極の方向は互いに逆になっているので、両者は磁力による引力により自発的にくっつく。
　この図２Ａに示した変形例においては、磁石１０３ａaと磁石１０３aｂとにそれぞれ接続された二つのファイバの軸がずれると、同種磁極（たとえばＮ極とＮ極）が近づき反発力が生じるため、磁石１０３ａaと磁石１０３aｂとは、ファイバの長手方向に垂直な方向において所定の位置にからずれにくくなる。したがって、図１Ｃに示す例に比べると、軸ずれ方向のアライメントをする力が強い。
　図２Ｂは、他の変形例として、中空円筒形状に形成された二つの磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂを、中空円筒形の軸を含む平面で分割される領域に分けて分極させた例を示している。
　上述の図１Ｃに示す例では、磁石１０３ａ、１０３ｂとして、ファイバ端面からみたときの帯磁がＮ極のものとＳ極のものの２種類を用意する必要があった。また、図２Ａに示す例でも、磁石１０３ａa、１０３ａｂとして、取り付けられたファイバ外周に近接する面がＮ極のものとＳ極のものとの２種類を用意する必要があり、帯磁の方向が異なる２種類の磁石を作成する必要があった。
　これに対し、図２Ｂに示す例は、ファイバ端面に対して磁石の固定方向は１通りである上、磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂの帯磁方向も１通りで済むため、ファイバと磁石の向きが一通りとなり、磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂの作成とファイバの取り扱いが簡易である。
　また、図２Ｂに示す例では、ファイバの軸線と直交する方向のアライメントに加え、ファイバの軸線周りの周方向のアライメントも可能になるので、通常のシングルコアのファイバに加えて、マルチコアファイバや図３に示すような偏波保持ファイバなど、コアのパタンが軸対称でないファイバ２０１に対しても有意である。すなわち、Ｎ極とＳ極を分割する面をファイバ内のコア２０２の特定の方向、具体的には、偏波保持ファイバ２０１の応力付与材２０３を結ぶ方向と合わせて、磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂをファイバに接続しておけば、偏波保持ファイバ２０１同士のアライメントも簡易にできる。
　図２Ｃに示す例は、図２Ｂに示した磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂの帯磁部分をさらに分割したものである。図２Ｃに示すように、中空円筒形状に形成された二つの磁石１０３ｃａ、１０３ｃｂは、中空円筒形の軸の軸線周りに４つに分割されて、分割された各領域が周方向においてＮ極およびＳ極が互い違いになるように帯磁している。したがって、図２Ｃに示す例は、中空円筒形の軸の回転方向に対して、ファイバのコア配置が４回対称であるときに有効である。同様に、ファイバのコア配置がＮ回対称であるときは、帯磁部分をＮ分割すればよい。
　図２Ｂおよび図２Ｃに示す例は、励磁する領域をファイバの軸線まわりに分割して、図１Ｃおよび図２Ａに示した例と異なり、Ｎ極またはＳ極に帯磁させた部分の形状（帯磁パタン）を円形状にしないことで、ファイバを回転させる中心軸まわりの自由度を制御し、ファイバ中心軸でのアライメントに加え、ファイバ中心から外れた周辺部の構造物（マルチコアファイバの他のコアや偏波保持ファイバの応力付与材）の配置に対応したアライメントも可能となる。
　なお、図１Ａでは、磁石１０３ａに接続されるファイバ１０１ａの一端部のみを示し、ファイバ１０１ａの他端部を省略しているが、一本のファイバにつき、両端に磁石を設け、それぞれ図１Ａに示すような構造にしてもよいのはいうまでもない。
　また、図２Ｂに示す例では、磁石１０３ｂａ、１０３ｂｂのそれぞれにつき、Ｎ極とＳ極とを一つずつ有し、これらが上下方向に配置されているが、Ｎ極とＳ極とを二つずつ、三つずつととし、同じ方向に配置するようにしてもよいのではいうまでもない。
　また、本実施の形態に係る光コネクタにおいては、図４に示すように、ファイバ１０１ａの外周を被覆材１０５ａで覆ってもよい。図４では、表記の都合から、光コネクタ１００ａ’においてファイバ１０１ａの一部が露出するように描かれているが、信頼性の観点からは、ファイバ１０１ａが露出していない方がよいのはいうまでもない。
　また、本実施の形態に係る光コネクタにおいて、磁石１０３ａ”は、図５に示すように、スリットＳＬを備えていてもよい。
この変形例によれば、スリットＳＬの広がり具合によって、ファイバ１０１ａの外形に対して磁石１０３ａ”の内径を調整できるので、磁石１０３ａ”をファイバ１０１ａの端部に取り付けたときに、磁石内径とファイバ外径の隙間をなくすことができる。仮に磁石として図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、Ｎ極およびＳ極の領域をファイバの軸線周りに配置したものを使用するときは、Ｓ極とＮ極の境界部分にスリットを設けておけばよい。
　［第２の実施の形態］
　次に図６を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。
　上述した第１の実施の形態では、磁石１０３ａをファイバ１０１ａの外側に固定したが、本実施の形態に係る光コネクタにおいては、図６に示すように、磁石２０３ａをファイバ１０１ａの端面に配置している。
　図６に示すように、磁石２０３ａは、円盤状に形成されており、その中央部分に、コア１０２ａの端面を露出させる開口２０４ａが形成されている。この場合、ファイバ１０１ａに対しては、この開口２０４ａを通して光信号の入出力が行われるので、磁石２０３ａの形状の中心、すなわち、開口２０４ａとコア１０２ａの中心とが一致するように、ファイバ１０１ａの端面に磁石２０３ａを配置する。
　磁石２０３ａの帯磁の態様については、図１Ｃに示した例に倣い、磁石２０３ａがファイバ１０１ａの端面に配置された状態で、ファイバの軸に沿う方向に分極して、Ｎ極とＳ極との中間となる面がファイバの長手方向に垂直になるようにしてもよい。また、図２Ａに示した例に倣い、磁石２０３ａの中心部分（すなわち、開口２０４ａの周囲）と外縁部分とでファイバ１０１ａの軸に沿った分極の方向が互いに逆になるように帯磁してもよい。また、図２Ｂおよび図２Ｃに示した例に倣い、磁石２０３ａがファイバ１０１ａの端面に配置された状態で、ファイバの軸線周りにＮ極とＳ極の対が１対または複数対配列されるように、周方向に帯磁させてもよい。
　なお、磁石２０３ａは、微細加工した小型磁石をファイバ１０１ａの端面に貼り付けてもよいし、ファイバ１０１ａの端面にスパッタ等で磁石の素材を堆積形成した上で帯磁させて作成してもよい。また、図に示していないが、端面ではなくファイバ側面に円筒形上に磁石の素材を堆積形成させてもよい。このようにすることでより小さい構造とすることができる。
　以上において、円形磁石の真円度や外径および内径の加工精度が重要であるが、長い筒状の形状で加工形成し、最後に磁石厚さ方向にワイヤーソー等でカットすることで、同じ加工誤差を有した磁石を大量一括形成することができ、それらを対向して用いることで加工誤差を相殺することができるのはいうまでもない。
　［第３の実施の形態］
　次に、図７Ａおよび図７Ｂを参照して、本発明の第３の実施の形態に係る光コネクタおよび光接続構造について説明する。
　上述した第１の実施の形態に係る光コネクタ１００ａは、ファイバ１０１ａの端面と磁石１０３ａの端面とが面一となるように構成されるものとして説明したが、本実施の形態に係る光コネクタ３００ａでは、図７Ａに示すように、ファイバ１０１ａの端面ＥＦａは、磁石１０３ａの開口１０４ａを有する端面より突き出ている。
　本実施の形態においては、磁石１０３ａの端面からファイバ１０１ａの端面ＥＦａが５ｕｍ程度突き出しているものとする。図７Ｂに示すように、２つの光コネクタ３００ａ、３００ｂを磁石１０３ａ、１０３ｂの磁力により接続する。ファイバ１０１ａ、１０１ｂの端面ＥＦａ、ＥＦｂが磁石１０３ａ、１０３ｂの端面から突き出ているために、ファイバ端面のコア１０２ａ、１０２ｂ同士が磁石の引力で突き合わされるので、磁石１０３ａ、１０３ｂの表面にミクロな凹凸があっても、コア１０２ａ、１０２ｂを通る光の挿入損失を低減することができる。
　［第４の実施の形態］
　次に、図８および図９を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る光コネクタおよび光接続構造について説明する。
　図８に示す光接続構造４００において、光コネクタ４００ａでは、磁石４０３ａの端面に凸部４０５ａと凹部４０６ａとが設けられている。もう一方の光コネクタ４００ｂにおいても、同様に、磁石４０３ｂの端面に凸部４０５ｂと凹部４０６ｂとが設けられている。
　したがって、二つの光コネクタ４００ａ、４００ｂの磁石４０３ａ、４０３ｂが磁力による引力によって突き合わされると、双方の凸部４０５ａ、４０５ｂと凹部４０６ａ、４０６ｂとが互いに嵌合する。これにより、磁石４０３ａ、４０３ｂを磁石同士の接続面内でずらす横方向の力が加わったときでも、コア同士の接続が維持できる。
　なお、図８に示す例では、凸部４０５ａ、４０５ｂや凹部４０６ａ、４０６ｂを半球形状に形成しているが、その形状は、円柱その他の柱状でもよいし、円筒形状などの形であってもよい。
　［第４の実施の形態の変形例］
　図９に第４の実施の形態の変形例を示す。
　図９に示す光接続構造４００’において、一方の光コネクタ４００ａ’を構成する磁石４０３ａの端面には、凹部４０７ａが形成されている。凹部４０７ａの底部には、開口４０４ａからファイバ１０１ａの端面が露出している。磁石４０３ａの凹部４０７ａは、他方の光コネクタ１００ｂを構成する磁石１０３ｂが嵌合するような形状である。
　このように一方の光コネクタ４００ａ’の磁石４０３ａに他方の光コネクタ１００ｂの磁石１０３ｂが嵌合するようにしても、磁石同士をそれらの接続面内でずらす横方向の力が加わったときでも、コア同士の接続が維持できる。
　［第５の実施の形態］
　次に、図１０Ａ～図１０Ｃを参照して、本発明の第５の実施の形態に係る光接続構造について説明する。
　図１０Ａに示す光コネクタ５００ａでは、磁石１０３ａは、ファイバ１０１ａの外周に配置されている。また、ファイバ１０１ａの端面は、このファイバ１０１ａの一端に取り付けられた磁石１０３ａの開口１０４ａを有する端面よりも内部に位置している。この例では、ファイバ１０１ａの端面が、磁石１０３ａの開口１０４ａを有する端面から２０ｕｍへこんだ位置に配置されている。
　ファイバ１０１ａの端面が磁石１０３ａの開口１０４ａを有する端面より内部に位置することによって、光コネクタ５００ａの磁石１０３ａおよびファイバ１０１ａとによって、磁石１０３ａの開口１０４ａ内に空間が形成される。本実施の形態においては、この空間には、光学素子５０４が配設される。このように、磁石１０３ａとファイバ１０１ａとによって形成された空間に光学素子を配置することで、光制御をすることができる。光学素子５０４は、例えばレンズである。
　図１０Ｂに示すように、コア径の異なるファイバ同士を光学的に接続する際には、光学素子５０４を含む光接続構造は有効である。図１０Ｂにおいて、例えば、コア径９ｕｍのコア１０２ａから、コア径２０ｕｍのコア５０２ｂに光をとおす場合、モードフィールド径を広げる必要がある。そこで、レンズ５０４をファイバ１０１ａの端面にはりつける。磁石１０３ａの開口内の内径とレンズ５０４の外径とを一致させることで、レンズ５０４は、コア１０２ａに対して自動的にアライメントされる。必要があれば、レンズ５０４をファイバ１０１ａの端面に接着剤等で固定してもよい。
　図１０Ｃに示すように、レンズ５０４によって、コア１０２ａから出射した光５０５は、レンズ５０４によりビーム径を広げられ、コア５０２ｂに適した径にできる。
　なお、図１０Ｃにおいては、磁石１０３ａ、１０３ｂは省略されている。
　以上のように、本実施の形態によれば、ファイバ同士に加えて光学素子５０４も小さい体積の中でパッシブにアライメントできるという効果がある。
　［第６の実施の形態］
　次に、図１１Ａ～図１１Ｃを参照して、本発明の第６の実施の形態に係る光接続構造について説明する。
　本実施の形態に係る光接続構造６００では、上述した第５の実施の形態に係る光接続構造５００と同様に、磁石１０３ａ、１０３ｂおよびファイバ１０１ａ、１０１ｂによって形成される空間の中に光学素子６０４が配置されている。
　例えば、この例では、磁石１０３ａの端面からファイバ１０１ａの端面が７５ｕｍだけ内部に位置している。もう一つの磁石１０３ｂについても、その端面からファイバ１０１ｂの端面が７５ｕｍだけ内部に位置している。その結果、第１の光コネクタ６００ａの磁石１０３ａと第２の光コネクタ６００ｂの磁石１０３ｂとが磁力により機械的に接続したときに、磁石１０３ａ、１０３ｂとファイバ１０１ａ、１０１ｂとによって空間が形成される。本実施の形態においては、この空間に光学素子６０４が配置されている。
　図１１Ｂに光学素子６０４の構成を示す。光学素子６０４は、ガーネットを含むファラデー回転子６０４ｃと、その両端に設けられたレンズ６０４ａ、６０４ｂを含んでいる。ファラデー回転子６０４ｃの屈折率を考慮して、適切にレンズ６０４ａ、６０４ｂの形状と屈折率を設計することで、コア１０２ａから出射した光は、レンズ６０４ａにより、図１１Ｃの断面図に示すようなビーム形状を有するコリメート光６０５にすることができる。このコリメート光６０５は、ファラデー回転子６０４ｃを通過した後、もう一つのレンズ６０４ｂにより集光されてコア１０２ｂに入射する。
　ここで、磁石１０３ａ、１０３ｂによって形成される磁場は、光の進行方向と平行なファラデー配置であるので、磁気光学効果（ファラデー効果）によりファラデー回転子６０４ｃの中で光の偏波が回転させられる。本実施の形態に示す例では、ファラデー回転子６０４ｃの長さは１１０ｕｍとしたが、偏波回転量に応じて所望の長さにすればよい。
　また、偏波フィルタを別途追加することで、アイソレータとして機能させることができる。
　［第６の実施の形態の変形例］
　磁石１０３ａ、１０３ｂとして、図２Ｂに示す磁石を用いれば、光の進行方向と垂直に磁場をかけるフォークト配置とすることができるので、磁気光学効果（コットンムートン効果）を起こして複屈折を起こす状態として偏波に応じた光線分離なども可能となる。
　図１２Ａおよび図１２Ｂに、第６の実施の形態に係る光接続構造の変形例を示す。
　図１２Ｂに示す変形例において、光学素子６０４’は、上述した光学素子６０４と同様の構成を有するが、ファラデー回転子６０４ｃに相当する光学素子は、ガーネットなどの磁気光学効果を有する材料からなる部分６０４ｃａと、磁気光学効果を有しない材料からなる部分６０４ｃｂとから構成されている。
　適切にレンズ６０４ａ、６０４ｂの形状と屈折率を設計することで、図１２Ｂに示すようなビーム形状とすることができる。すなわち、コア１０２ｂから出射した光は、磁気光学効果を有しない材料からなる部分６０４ｃｂでコリメート光６０５ｂとなって、磁気光学効果を有する材料からなる部分６０４ｃａに入射する。
　このとき、中空円筒形状に形成された二つの磁石１０３ａ、１０３ｂが、図２Ｂに示すように、中空円筒形の軸を含む平面で分割される領域に分けて分極している場合、磁石１０３ａ、１０３ｂによって形成される磁場は、光の進行方向と垂直な配置であるので、磁気光学効果（コットンムートン効果）によって、磁気光学効果を有する材料からなる部分６０４ｃｂで屈折率に異方性が誘起される結果、磁気光学効果を有しない材料からなる部分６０４ｃｂと磁気光学効果を有する材料からなる部分６０４ｃａとの界面での角度が光の偏波面に応じて変化する。これにより、磁場方向に対して偏波面が平行か垂直かによって光の進行方向が変わり、偏波面が互いに異なる光６０５ａ－１と光６０５ａ－２とに分かれて進行する。その結果、光６０５ａ－１はコア１０２ａに再度入射する一方、光６０５ａ－２は、コアに入射せず、拡散光となる。このようにして、偏波に応じた光線の分離が可能となる。
　以上のように、本変形例では、ファイバ同士に加えて光学素子もコンパクトにパッシブアライメントできる上に、磁気光学効果を用いてファイバを通過する光の偏波状態をコントロールすることが可能となる。
　［第７の実施の形態］
　次に、図１３Ａおよび図１３Ｂを参照して、本発明の第７の実施の形態について説明する。
　上述した第１～第６の実施の形態は、ファイバとファイバとを接続する場合の光接続構造に関するものであったが、本発明は、ファイバとチップなどの接続に適用することもできる。
　本発明の第７の実施の形態に係る光接続構造は、図１３Ａに示すように、第１の光コネクタ１００ａと、第２の光コネクタ７００ｂとからなる。ここで第１の光コネクタ１００ａは、例えば、第１の実施の形態において用いた光コネクタ１００ａと同じく、ファイバ１０１ａの一端部に磁石１０３ａが取り付けられている。一方、第２の光コネクタ７００ｂは、光学素子７０１と、この光学素子７０１に取り付けられた磁石７０３ｂを備え、この磁石７０３ｂには、開口７０４ｂが形成され、光学素子７０１の一部を露出させている。
　第１の光コネクタ１００ａの磁石１０３ａと第２の光コネクタ７００ｂの磁石７０３ｂとは、互いに引力を及ぼしあうように帯磁されている。具体的な帯磁の態様は、例えば、図１Ｃおよび図２Ａ～図２Ｃに示したものを採用することができる。
　第１の光コネクタ１００ａの磁石１０３ａと第２の光コネクタ７００ｂの磁石７０３ｂとが、磁力により互いに機械的に接続したときに、第１の光コネクタ１００ａの磁石１０３ａの開口１０４ａと第２の光コネクタ７００ｂの磁石７０３ｂの開口７０４ｂとを通じて第１の光コネクタ１００ａのコア１０２ａと第２の光コネクタ７００ｂの光学素子７０１とを光学的に接続することができる。
　光学素子７０１は、例えば、受光素子を備えたチップ７０１である。図１３Ａに示すように、このチップ７０１の下面には受光面７０２と図示していない電気端子が形成されている。チップ７０１は、表面実装技術を用いてプリント基板などにベアチップ実装される。
　ここで、図１３Ｂに示すように、第１の光コネクタ１００ａと第２の光コネクタ７００ｂとが接続された状態において、すなわち、磁石１０３ａと磁石７０３ｂとが磁力によって機械的に接続された状態において、ファイバ１０１ａのコア１０２ａから出射された光は、チップ７０１の上面から入射し内部を通って下面の受光部に到達する。磁石１０３ａと磁石７０３ａとを用いることによって、チップ７０１とファイバ１０１ａとのアライメントがパッシブに行われる。
　図１３Ｂに示すように、磁石７０３ｂを受光面７０２に対して配置してチップ７０１に固定しておく。この状態で、磁石１０３ａを有するファイバ１０１ａを近接させると、磁石の引力により自動的にアライメントされる。このときファイバ１０１ａのコア１０２ａから出射される光は、ビーム形状７０５のように広がり受光面７０２に到達する。
　なお、受光面７０２のサイズに合わせて、磁石７０３を薄くしたり、ファイバ１０１ａを磁石１０３ａから突き出して固定したりするようにすることで、ファイバ端面と受光面の距離を調整すれば、最適な感度が得られることはいうまでもない。
　本実施の形態に係る光接続構造によれば、ファイバとチップの接続を小型かつパッシブに行えるだけでなく、小型化することでファイバ端面とチップ受光面の距離を短くできるので、レンズなどの光学素子を入れることなくダイレクトに光学的接続を行うことができる、という優れた効果がある。
　［第８の実施の形態］
　次に、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して、本発明の第８の実施の形態に係る光接続構造を説明する。
　第８の実施の形態に係る光接続構造は、第１の光コネクタ１００ａと、従来のＣＡＮパッケージの一部に磁石を用いた第２の光コネクタ８００ｂとからなる。図１４Ａに示すように、第２の光コネクタ８００ｂ側のパッケージ８０５の内側中央にはチップ８０６が固定されている。チップ８０６は例えば受光素子である。パッケージ８０５には、キャップ８０４が溶接されている。また、キャップ８０４にはレンズ８０１と磁石８０３ｂが固定されている。レンズ８０１と磁石８０３ｂとは、同一軸線上に配置されている。
　図１４Ｂは、図１４Ａに示す光接続構造８００の一部を拡大した図である。磁石１０３ａと磁石８０３ｂとを同じサイズとし、例えば、第１の実施の形態で説明したように、適切に帯磁させて引力が働くようにしている。したがって、磁石１０３ａを有する光コネクタ１００ａを近づけると、磁石１０３ａと磁石８０３ｂとが互いに引き合って自動的にアライメントされる。そのとき、ファイバ１０１から出射された光８０７は、レンズ８０１によってコリメートされて、チップ８０６に到達する。
　以上のように、第８の実施の形態によれば、ファイバ１０１とチップ８０６とレンズ８０１のアライメントの三体調心を簡易にかつ小さい構造で行えるという効果がある。
　なお、本実施の形態においては、光学素子として、受光素子を例に示したが、発光素子やレンズミラー等を光学素子とする場合にも、本発明に係る光接続構造を適用できることはいうまでもない。さらに、ベアチップやパッケージとファイバとの光学的接続を示したが、モジュールなどの形態への接続も同様にできることはいうまでもない。
　１００…光接続構造、１００ａ、１００ｂ…光コネクタ、１０１ａ、１０１ｂ…ファイバ、１０２ａ、１０２ｂ…コア、１０３ａ、１０３ｂ…磁石、１０４ａ、１０４ｂ…開口、５０４、６０４…光学素子、７０１…チップ、８０５…パッケージ。

Claims (8)

  1. 　光が導波するコアを有するファイバと、前記ファイバの一端に取り付けられた磁石とを有し、
    　前記磁石は、少なくとも前記コアの端面を露出させる開口を有する
    　ことを特徴とする光コネクタ。
  2. 　請求項１記載の光コネクタにおいて、
    　前記磁石の、前記ファイバの長手方向に垂直な断面の外形は、前記コアの、前記ファイバの長手方向に垂直な断面の外形と相似である
    　ことを特徴とする光コネクタ。
  3. 　請求項１または２に記載の光コネクタにおいて、
    　前記磁石は、Ｎ極とＳ極を一つずつ有し、
    　前記Ｎ極とＳ極との中間となる面は、前記ファイバの長手方向に垂直である
    　ことを特徴とする光コネクタ。
  4. 　請求項１または２に記載の光コネクタにおいて、
    　前記磁石は、Ｎ極とＳ極とを少なくとも一つずつ有し、
    　前記Ｎ極とＳ極の中間となる面は、前記ファイバの長手方向に沿った軸線を取り囲む円筒形状である
    　ことを特徴とする光コネクタ。
  5. 　第１の光コネクタと、第２の光コネクタとからなり、
    　前記第１の光コネクタおよび前記第２の光コネクタは、それぞれ請求項１～４のいずれか一項に記載の光コネクタであり、
    　前記第１の光コネクタの前記磁石と前記第２の光コネクタの前記磁石とは、互いに引力を及ぼしあうように帯磁され、磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの前記磁石の開口と前記第２の光コネクタの前記磁石の開口とを通じて前記第１の光コネクタの前記コアと前記第２の光コネクタの前記コアとを光学的に接続する
    　ことを特徴とする光接続構造。
  6. 　第１の光コネクタと、第２の光コネクタとからなり、
    　前記第１の光コネクタは、請求項１～４のいずれか一項に記載の光コネクタであり、
    　前記第２の光コネクタは、光学素子と、前記光学素子に取り付けられた磁石とを備え、
    　前記第２の光コネクタの前記磁石は、少なくとも前記光学素子の一部を露出させる開口を有し、
    　前記第１の光コネクタの前記磁石と前記第２の光コネクタの前記磁石とは、互いに引力を及ぼしあうように帯磁され、磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの前記磁石の開口と前記第２の光コネクタの前記磁石の開口とを通じて前記第１の光コネクタの前記コアと前記第２の光コネクタの前記光学素子とを光学的に接続すること
    　を特徴とする光接続構造。
  7. 　請求項５に記載の光接続構造において、
    　前記第１の光コネクタの前記磁石および前記第２の光コネクタの前記磁石は、それぞれ、前記第１の光コネクタの前記ファイバの外周および前記第２の光コネクタの前記ファイバの外周に配置され、
    　前記第１の光コネクタの前記ファイバの端面および前記第２の光コネクタの前記ファイバの端面は、それぞれ前記第１の光コネクタの前記磁石の開口を有する端面および前記第２の光コネクタの前記磁石の開口を有する端面より突き出ている
    　ことを特徴とする光接続構造。
  8. 　請求項５または６に記載の光接続構造において、
    　さらに光学素子を備え、
    　前記第１の光コネクタの前記磁石および前記第２の光コネクタの前記磁石は、それぞれ、前記第１の光コネクタの前記ファイバの外周および前記第２の光コネクタの前記ファイバの外周に配置され、
    　前記第１の光コネクタの前記ファイバの端面および前記第２の光コネクタの前記ファイバの端面の少なくとも一方は、前記ファイバの一端に取り付けられた前記磁石の開口を有する端面より内部に位置し、
    　前記光学素子は、
    前記第１の光コネクタの前記磁石と前記第２の光コネクタの前記磁石とが磁力により前記第１の光コネクタと前記第２の光コネクタとを機械的に接続したときに、前記第１の光コネクタの前記磁石および前記ファイバと前記第２の光コネクタの前記磁石および前記ファイバとによって形成される空間の中に配設される
    　ことを特徴とする光接続構造。
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